Statische Überprüfung von PV-Dachanlage auf Logistikzentrum mit Spannbetonbauweise

Im Zuge ein­er PV-Anla­genin­stal­la­tion sollte die Mach­barkeit sta­tisch geprüft wer­den. Es han­delt sich um ein Hal­lenge­bäude mit ein­er Hal­len­bre­ite von rd. 96 m und ein­er Gesamtlänge von rd. 650 m. Das Hal­lenge­bäude wird als Logis­tikzen­trum genutzt. Es hat eine Höhe von 12,50 m bzw. 15,50 m. An dem Gebäude befind­en sich Vor- und Anbaut­en zur Büronutz­tung, Tech­nikräume und Trep­pen­häuser sowie Flucht­trep­pen.

Bauweise im Bestand: Stützenbauweise mit Spannbetonbinder

Die tra­gende Ebene des Daches bilden Stahl-Trapezblech­pro­file mit biegesteifen Stößen. Die Gebäude­hülle beste­ht aus wärmegedämmten, hor­i­zon­tal ver­legten Wand­pa­nee­len. Die Paneele wer­den mit ein­er Unterkon­struk­tion an den Stahlbe­ton­stützen befes­tigt. Die Stahlbe­ton­stützen sind am Fußpunkt einges­pan­nt, aus­ge­führt mit ange­formten Fer­tigteil­fun­da­menten. Die Stützen im Gebäudein­neren haben ein mit Ort­be­ton gegossenes Block­fun­da­ment. Das Dachtrapezblech wird auf Spann­be­ton-Dachbindern befes­tigt. In den Haup­tach­sen befind­en sich Stahlbe­ton Dachunterzüge, im Rand­bere­ich Ran­dun­terzüge.

Für die PV-Anlage weniger rel­e­vant sind die Sand­wich-Fer­tigteilele­mente im Sock­el­bere­ich. Im Gebäudein­neren befind­en sich noch Geschoss­deck­en aus Stahlbe­ton (Büroein­baut­en; sta­tisch nicht rel­e­vant für die PV-Anlage).

Stabilität im Bestand: Eingespannte Stützen

Eine Ausstei­fung gegen auftre­tende Hor­i­zon­tal­las­ten (vor­rangig Wind) erfol­gt über die einges­pan­nten Stützen. Die Einspan­nung sorgt dafür, dass sich das Gebäude bei Wind­druck und ‑sog ins­ge­samt nicht schief­stellt und ver­dreht. Das Gebäude befind­et sich in kein­er Erd­beben­zone

Herausforderung: PV-Anlage

Im Ursprungszu­s­tand wur­den in den sta­tis­chen Berech­nun­gen keine Las­tre­ser­ven für eine nachträglich instal­lierte PV-Anlage berück­sichtigt. Das Eigengewicht bilden laut Berech­nun­gen das Eigengewicht der einzel­nen Dachbauteile inkl. Dachgeräte (Las­ten wer­den geson­dert über Büh­nen abge­tra­gen), die Instal­la­tio­nen am Blech, Schnee- und Wind­druck­las­ten sowie anstauen­des Wass­er (innen­liegende Entwässerung). Das Gewicht der PV-Anlage hängt wesentlich davon ab, wie viele Last­plat­ten auf dem Dach platziert wer­den müssen. Im Rand­bere­ich sind mehr Last­plat­ten erforder­lich als in Feld­mitte. Ins­ge­samt entste­hen im Mit­tel Zusat­zlas­ten von rd. 20 kg/m² Dachfläche.

Dachbleche, Dachtrag­w­erk, Stützen und Fun­da­mente sind sta­tisch zu über­prüfen. Im Ver­gle­ich zu der ursprünglichen sta­tis­chen Berech­nung wer­den die tat­säch­lichen Stahlquer­schnitte im Stahl- und Spann­be­ton und das tat­säch­lich ver­wen­dete Trapezblech sta­tisch berück­sichtigt. Die sta­tis­che Aus­nutzung ist mit ein­er Neu­berech­nung zu prüfen. Die tat­säch­lichen Las­ten wer­den vor Ort mit den rech­ner­ischen Eingabegrößen abgeglichen. Zusät­zlich sind Punk­t­las­ten für Wech­sel­richter­bänke zu berück­sichti­gen.

Ergebnisse: Große PV-Anlage, statisch unbedenklich

Mit Hil­fe der Erken­nt­nisse vor Ort und unserem Reverse Engi­neer­ing Ansatz kon­nte die sta­tis­che Unbe­den­klichkeit nachgewiesen wer­den. Die rech­ner­ische Aus­nutzung hin­sichtlich Tragfähigkeit beträgt bei keinem durchge­führten Nach­weise mehr als 100 %. Die Gebrauch­stauglichkeit (Durch­biegung) ist eben­falls weit­er­hin gegeben.

Im Ergeb­nis kann dadurch aus sta­tis­ch­er Sicht eine rund 50.000 m² große PV-Anlage auf dem vorhan­de­nen Flach­dach instal­liert wer­den. Platz für Wech­sel­richter­bänke wurde berück­sichtigt.

Eigene überschlägige Berechnung:

Die instal­lierte Leis­tung beträgt etwa 10 MWp betra­gen. Dies entspricht einem Jahre­ser­trag von rund 10 GWh pro Jahr. Bei ein­er Eigen­nutzung von schätzungsweise 3,5 bis 4,0 GWh/Jahr (ca. 35 bis 40 % Eigen­ver­brauch) ergeben sich bei einem Strompreis von 10 ct/kWh jährliche Ein­nah­men von rund 350.000 bis 400.000 €. Hinzu kom­men weit­ere Ein­nah­men durch die Ver­mark­tung des über­schüs­si­gen Stroms. Bei einem angenomme­nen Rest­strom von etwa 6 GWh/Jahr und einem Strompreis von ca. 6–8 ct/kWh ergeben sich zusät­zliche Ein­nah­men von rund 360.000 bis 480.000 €.

Ins­ge­samt ergibt sich damit ein jährlich­er Gesamter­trag in ein­er Größenord­nung von etwa 710.000 bis 880.000 €. Bei Investi­tion­skosten von rund 8 bis 10 Mil­lio­nen Euro beträgt die sta­tis­che Amor­ti­sa­tions­dauer etwa 11 Jahre.

Foto: KI-basierte Darstel­lung angelehnt an den tat­säch­lichen Bestand

Fragen und Antworten